| 研究課題/領域番号 |
20K20553
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
矢嶋 赳彬 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (10644346)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | プロトン / 酸化チタン / 低電圧スイッチ |
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| 研究実績の概要 |
0.1Vという極低電圧で動作するスイッチングデバイスの創成を目指して、プロトンと相転移材料を利用した新デバイスの研究を行っている。そこでは、プロトンの吸放出に関する電気化学的安定性、固体材料中のプロトン移動のカイネティクス、そしてプロトン濃度に対する材料の相転移現象が、それぞれ重要な構成要素となる。昨年度は、一部コロナの影響を受けつつも、SiO2障壁を用いたプロトン移動のカイネティクスの制御を目的として研究を行った。
まず基礎デバイスとして、Si基板上のTiO2多結晶薄膜（アナターゼ相）を用いた。本TiO2薄膜は元々絶縁体だが、プロトンの取り込みによって電気伝導性を獲得し、その値からプロトン量を推定することができる。プロトンの導入には、pH緩衝溶液中で３端子法によってTiO2薄膜の電位を負の値へと変化させる電気化学的な方法を用いた。溶液中のプロトンがTiO2薄膜の表面から導入され下界面で固定されること、またその際に多結晶粒界の影響が比較的小さいことが、これまでの研究で分かっている。昨年度は、この時、TiO2薄膜表面に数nmのアモルファス酸化物膜キャップ層を堆積し、それによってプロトンの導入と脱離プロセスがどのように影響をうけるのか詳細に調べた。その結果、キャップ層によってプロトン導入は阻害されるが、時間をかければそれでも大量のプロトンが導入できること、そしてキャップ層によってプロトンの表面からの脱離が劇的に抑制されること、その時定数は秒程度の時間スケールで制御可能であることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
コロナ禍と代表研究者の大学間移動によって研究活動が阻害されたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
低電圧スイッチング素子の実現に向けて、各種材料のプロトンの吸放出に関する電気化学的安定性、固体材料中のプロトン移動のカイネティクス、そしてプロトン濃度に対する材料の相転移現象を、順次明らかにしていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究代表者が急遽他大へ異動することとなり、設備備品の購入のタイミングを逸したため。またそれに伴い、必要な研究設備にも変更が生じ、再検討が必要となったため。翌年度分は当初の予定通り執行予定であるが、繰り越し分は研究計画と新しい研究環境を考慮して、新たに本研究の実施のため必要になった設備の購入に充てる予定である。
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